隧道中通风和照明控制系统及方法技术领域
本发明涉及环保隧道工程技术领域，尤其涉及一种隧道中通风和照明控
制系统及方法。
背景技术
随着国民经济的飞速发展，我国基础设施建设逐渐完善，公路建设也日
益增加高科技成分。为了选择更佳的线型、提高行车质量，公路穿山越岭已
经成为公路建设常见的技术，隧道在公路工程中的比例也逐渐增加。隧道路
面工程相对于普通路面而言，具有环境因素影响小、行车速度较低的特点。
在运营过程中，隧道需要足够的新鲜空气来满足机动车的动力需求，并提供
足够的照明保证隧道内机动车视线清晰。隧道内通风长采用设置风机的方
式，来促进隧道内空气的流通，在路面两侧上部设置日光灯保证隧道足够的
能见度。
隧道内通风风机、照明灯的设计与安装，以及管理不但对隧道内机动车
辆的性能及驾驶员操作性将产出较大的影响，而且对隧道运营的经济、环境
效益有重要的意义。现有隧道照明方案一般为将所设置的日光灯按照某一定
的比例打开，根据隧道管理部门通过视频观测的隧道亮度调整日光灯打开的
比例，而通风风机则按照某一速率长期工作。上述管理方案，很容易出现在
无车的状态下风机和照明设备照常工作的状态，这就造成了隧道运营管理的
能源浪费。若将隧道内通风照明设备和与运行的机动车联系起来进行运营管
理，这无论从管理理念和能源节约角度来讲都具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种隧道中通风
和照明控制系统及方法，通过在隧道口路面中埋设压电元件组探测机动车的
位置及运行速度，并计算机动车通过隧道时间，进行隧道通风照明精细化控
制，达到了节能环保的目的。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种隧道中通风和照明控制系统，包括路面和隧道，路面穿过隧道底部
设置，在路面上设有公路路面结构，隧道具有进口处和出口处；本隧道中通
风和照明控制系统还包括信号解调仪A、设备控制器A、电子减速警示牌、
时差解调仪、信号解调仪B和设备控制器B，所述隧道的拱顶璧上设有若干
个风机和若干个照明灯，位于隧道外部且距离隧道进口处的路面上设有压电
元件组A、压电元件组B和压电元件组C，压电元件组A、压电元件组B和压
电元件组C位于与公路路面结构相对应的路面宽度方向上，所述压电元件组
A、压电元件组B和压电元件组C距离隧道进口处由远到近依次排列设置，
所述压电元件组A、信号解调仪A、设备控制器A、电子减速警示牌依次电连
接，压电元件组A受到位于压电元件组A处公路路面结构所经过的机动车荷
载作用而产生电荷，信号解调仪A用于将压电元件组A所产生的电荷转化为
电信号，设备控制器A用于接收来自于信号解调仪A的电信号并对电子减速
警示牌供电以及触发电子减速警示牌显示警示标语和警示灯光；
所述压电元件组B、时差解调仪、设备控制器B依次电连接，所述设备
控制器B分别与风机、照明灯电连接，所述压电元件组C、信号解调仪B、
设备控制器B依次电连接，信号解调仪B与时差解调仪电连接，压电元件组
B受到位于压电元件组B处公路路面结构所经过的机动车荷载作用而产生电
荷，压电元件组C受到位于压电元件组C处公路路面结构所经过的机动车荷
载作用而产生电荷，信号解调仪B用于将压电元件组C所产生的电荷转化为
电信号，设备控制器B用于接收来自于信号解调仪B的电信号并对风机、照
明灯供电以及触发风机、照明灯通电工作；所述时差解调仪用于记录压电元
件组B所产生电荷的时刻以及记录压电元件组C所产生电荷的时刻并得出压
电元件组B、压电元件组C所产生电荷的时间差；
所述设备控制器A、设备控制器B分别通过导线与外接电源电连接。
为了更好地实现本隧道中通风和照明控制系统，所述风机数量为两个，
两个风机分别设置于隧道的进口处和出口处。
本隧道中通风和照明控制系统提供一种优选的照明灯布置结构技术方
案是：所述照明灯沿着隧道的长度方向分布设置两排照明灯组，两排照明灯
组相对于隧道中心线呈中心对称。
一种隧道中通风和照明控制方法，其控制方法如下：
A、机动车在公路路面结构上从隧道远方驶来，机动车在公路路面结构
上靠近隧道的进口处时，所述压电元件组A与隧道进口处的距离为L，压电
元件组B与隧道进口处的距离为L1，压电元件组C与隧道进口处的距离为
L2，隧道的长度为L3；当机动车在公路路面结构上行驶至距离隧道进口处的
距离为L时，压电元件组A受到机动车荷载作用而产生电荷并将该电荷传输
至信号解调仪A，信号解调仪A将压电元件组A所产生的电荷转化为电信号，
信号解调仪A将产生的电信号传输至设备控制器A，设备控制器A接收到电
信号后并触发电子减速警示牌通电工作，电子减速警示牌显示警示标语和警
示灯光供机动车司机观看，警示标语内容为前方隧道、减速慢行；
B、当机动车在公路路面结构上行驶至距离隧道进口处的距离为L1时，
压电元件组B受到机动车荷载作用而产生电荷并将该电荷传输至时差解调
仪，时差解调仪记录压电元件组B所产生电荷的时刻T1；
C、当机动车在公路路面结构上行驶至距离隧道进口处的距离为L2时，
压电元件组C受到机动车荷载作用而产生电荷并将该电荷传输至时差解调仪
和信号解调仪B，时差解调仪记录压电元件组C所产生电荷的时刻T2，时差
解调仪计算得出压电元件组B、压电元件组C所产生电荷的时间差△T，△T＝
T2-T1；同时时差解调仪计算出机动车的行进平均速度V，V＝(L1-L2)/△T；
信号解调仪B将压电元件组C所产生的电荷转化为电信号，信号解调仪B将
电信号传输至设备控制器B，设备控制器B接收到电信号后并触发风机、照
明灯同时通电工作；
D、当机动车在公路路面结构上驶出隧道的出口处，时差解调仪计算出
隧道通风照明时长T，T＝L3/V，当风机、照明灯的工作时间达到T,时差解调
仪发出关闭电信号并传输至设备控制器B，设备控制器B接收到关闭电信号
后并触发风机、照明灯同时断电工作。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明通过在隧道口路面中埋设压电元件组探测机动车的位置及
运行速度，并计算机动车通过隧道时间，进行隧道通风照明精细化控制，达
到了节能环保的目的。
(2)当机动车行驶向隧道时，机动车行驶到压电元件组A时，电子减
速警示牌提醒“前方隧道，减速慢行”；机动车行驶到通过压电元件组C时，
隧道风机、照明灯开启；当机动车驶离隧道时，风机、照明灯关闭。本发明
可以对机动车进入隧道前、隧道中运行和驶离隧道三个阶段进行风机、照明
灯以及电子减速警示牌的控制，可以达到有效保证提醒机动车司机、保证隧
道内有效通风照明效果以及节能环保等目的。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的原理结构框图。
其中，附图中的附图标记所对应的名称为：
1－路面，2－压电元件组A，3－压电元件组B，4－压电元件组C，5－
信号解调仪A，6－设备控制器A，7－电子减速警示牌，8－时差解调仪，9
－信号解调仪B，10－设备控制器B，11－公路路面结构，12－风机，13－
照明灯，14－外接电源，15－导线，16－拱顶璧。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：
实施例
如图1、图2所示，一种隧道中通风和照明控制系统，包括路面1和隧
道，路面1穿过隧道底部设置，在路面1上设有公路路面结构11，隧道具有
进口处和出口处，其特征在于：还包括信号解调仪A5、设备控制器A6、电
子减速警示牌7、时差解调仪8、信号解调仪B9和设备控制器B10，隧道的
拱顶璧16上设有若干个风机12和若干个照明灯13，位于隧道外部且距离隧
道进口处的路面1上设有压电元件组A2、压电元件组B3和压电元件组C4，
压电元件组A2、压电元件组B3和压电元件组C4位于与公路路面结构11相
对应的路面宽度方向上，压电元件组A2、压电元件组B3和压电元件组C4
距离隧道进口处由远到近依次排列设置，压电元件组A2、信号解调仪A5、
设备控制器A6、电子减速警示牌7依次电连接，压电元件组A2受到位于压
电元件组A2处公路路面结构11所经过的机动车荷载作用而产生电荷，信号
解调仪A5用于将压电元件组A2所产生的电荷转化为电信号，设备控制器A6
用于接收来自于信号解调仪A5的电信号并对电子减速警示牌7供电以及触
发电子减速警示牌7显示警示标语和警示灯光；
压电元件组B3、时差解调仪8、设备控制器B10依次电连接，设备控制
器B10分别与风机12、照明灯13电连接，压电元件组C4、信号解调仪B9、
设备控制器B10依次电连接，信号解调仪B9与时差解调仪8电连接，压电
元件组B3受到位于压电元件组B3处公路路面结构11所经过的机动车荷载
作用而产生电荷，压电元件组C4受到位于压电元件组C4处公路路面结构11
所经过的机动车荷载作用而产生电荷，信号解调仪B9用于将压电元件组C4
所产生的电荷转化为电信号，设备控制器B10用于接收来自于信号解调仪B9
的电信号并对风机12、照明灯13供电以及触发风机12、照明灯13通电工
作；时差解调仪8用于记录压电元件组B3所产生电荷的时刻以及记录压电
元件组C4所产生电荷的时刻并得出压电元件组B3、压电元件组C4所产生电
荷的时间差；
如图2所示，设备控制器A6、设备控制器B10分别通过导线15与外接
电源14电连接。
如图2所示，风机12数量为两个，两个风机12分别设置于隧道的进口
处和出口处。
如图1、图2所示，照明灯13沿着隧道的长度方向分布设置两排照明灯
组，两排照明灯组相对于隧道中心线呈中心对称。
一种隧道中通风和照明控制方法，控制方法如下：
A、机动车在公路路面结构11上从隧道远方驶来，机动车在公路路面结
构11上靠近隧道的进口处时，压电元件组A2与隧道进口处的距离为L，压
电元件组B3与隧道进口处的距离为L1，并满足2×L1＜L，压电元件组C4
与隧道进口处的距离为L2，满足3×L2＜L，隧道的长度为L3；当机动车在
公路路面结构11上行驶至距离隧道进口处的距离为L时，压电元件组A2受
到机动车荷载作用而产生电荷并将该电荷传输至信号解调仪A5，信号解调仪
A5将压电元件组A2所产生的电荷转化为电信号，信号解调仪A5将产生的电
信号传输至设备控制器A6，设备控制器A6接收到电信号后并触发电子减速
警示牌7通电工作，电子减速警示牌7显示警示标语和警示灯光供机动车司
机观看，警示标语内容为前方隧道、减速慢行；
B、当机动车在公路路面结构11上行驶至距离隧道进口处的距离为L1
时，压电元件组B3受到机动车荷载作用而产生电荷并将该电荷传输至时差
解调仪8，时差解调仪8记录压电元件组B3所产生电荷的时刻T1；
C、当机动车在公路路面结构11上行驶至距离隧道进口处的距离为L2
时，压电元件组C4受到机动车荷载作用而产生电荷并将该电荷传输至时差
解调仪8和信号解调仪B9，时差解调仪8记录压电元件组C4所产生电荷的
时刻T2，时差解调仪8计算得出压电元件组B3、压电元件组C4所产生电荷
的时间差△T，△T＝T2-T1；同时时差解调仪8计算出机动车的行进平均速
度V，V＝(L1-L2)/△T；信号解调仪B9将压电元件组C4所产生的电荷转化
为电信号，信号解调仪B9将电信号传输至设备控制器B10，设备控制器B10
接收到电信号后并触发风机12、照明灯13同时通电工作；
D、当机动车在公路路面结构11上驶出隧道的出口处，时差解调仪8计
算出隧道通风照明时长T，T＝L3/V，当风机12、照明灯13的工作时间达到
T,时差解调仪8发出关闭电信号并传输至设备控制器B10，设备控制器B10
接收到关闭电信号后并触发风机12、照明灯13同时断电工作。
隧道中通风和照明控制系统及方法的技术工作原理如下：
当机动车行驶至距离隧道口L处时，压电元件组A2受到机动车荷载作
用产生电荷，信号解调仪A5将电荷作用刺激转化为电信号，设备控制器A6
接受到电信号后对电子减速警示牌7供电，电子减速警示牌7发出“前方隧
道、减速慢行”的指示信号。
当机动车行驶至距离隧道口L1、L2处时，压电元件组B3和压电元件组
C4受到机动车荷载作用产生电荷，电荷传递到时差解调仪8时，时差解调仪
8分析两组压电元件的电荷产生时差△T。由此计算减速后机动车速度为：V＝
(L1-L2)/△T。压电元件组C4受到机动车荷载作用产生电荷，同时传递到
信号解调仪B9，信号解调仪B9将电荷作用刺激转化为电信号传输到设备控
制器B10，设备控制器B10接受到信号解调仪B9的电信号后，开启隧道通风
照明设备(通风照明设备为风机12和照明灯13)。同时，时差解调仪8计
算出隧道通风照明时长为：T＝L3/V。当时间达到T后，时差解调仪8触发关
闭隧道通风照明设备(通风照明设备为风机12和照明灯13)。
本发明具有如下优点：
(1)安全提示：可以在机动车进入隧道前，提醒驾驶员进入隧道前减
速慢行，提高了隧道运营安全。
(2)智能测速：可以在机动车进入隧道前，通过两组压电元件(压电元
件组B3和压电元件组C4)测算出机动车的行驶速度，还可以进一步协助交管系
统进行超速检查。
(3)精细化控制：可以根据机动车辆进入隧道的速度，精确的计算机
动车在隧道内的行驶时间，把握隧道通风照明的时间。
(4)节能环保：精确控制后的隧道通风照明可以明显减低运营消耗，
延长设备的维修周期，根据机动车的行驶及时地排除隧道内的污染物，环
保效果明显。
上述实施方式只是本发明的一个优选实施例，并不是用来限制本发明
的实施与权利范围的，凡依据本发明申请专利保护范围所述的内容做出的
等效变化和近似替换，均应落在本发明的保护范围内。